Bestilte nanokrystal-arrays kan give en ny platform til at studere og skræddersy siliciums lysemitterende egenskaber

(Phys.org) —Forskere ved University of Texas i Austin og Cornell University har fremstillet de første bestilte arrays af silicium -nanokrystaller, der hidtil er rapporteret. Brian A. Korgel og kolleger udviklede en ny kemisk metode til at generere bittesmå siliciumkrystaller - eller kvantepunkter - med præcist kontrolleret størrelse og stolede derefter på naturen for at organisere dem i regelmæssige strukturer. De nye selvmonterede arrays, præsenteret i journalen ChemPhysChem , kunne hjælpe forskere med at udnytte de lovende lysemitterende egenskaber hos en af ​​de mest kommercielt vigtige halvledere.

Bulk silicium bruges i en lang række applikationer, hovedsageligt i elektronikindustrien, men det er en svag lysabsorber og en ekstremt dårlig lysemitter, så det er ikke egnet til anvendelser, der kræver lysemission. Disse egenskaber ændres, når krystallen krymper til nanoskalaen. Si kvanteprikker kan udvise meget lys synlig luminescens med størrelsesindstillelig farve, hvilket gør dem interessante til fremstilling af lysemitterende dioder (lysdioder)-eller endda som en mulig laserkilde. I løbet af de sidste år har der været stor interesse for at forstå disse unikke egenskaber og bruge dem til at skabe nye teknologier.

Imidlertid, de fleste applikationer kræver arrays af nanokrystaller, og selvom der har været bestræbelser på at fremstille dem, samlingerne af Si quantum dots opnået til dato har været uorden, normalt med en betydelig størrelsesfordeling. Korgel og medarbejdere har nu udviklet en ny kemisk metode, der giver dem mulighed for at opnå monodisperse siliciumpartikler i det nøjagtige størrelsesområde, der er nødvendigt for nanoskalaegenskaber, f.eks. kraftigt lys. "Vi har lavet de første bestilte arrays, eller supergitter, af nanoskala siliciumkrystaller. Disse samlinger af små siliciumkrystaller er selvsamlede-meget på samme måde som makromolekyler samler sig selv i levende organismer ", Siger Korgel. "Dette er nødvendigt, fordi dimensionerne er alt for små til at opnås ved hjælp af konventionelle midler som de litografiske mønstreteknikker, der bruges til at lave integrerede kredsløb", tilføjer han. Forskerne fandt også ud af, at de nye Si -nanokrystal -supergitter er meget mere termisk stabile end andre typer af nanokrystal -supergitter rapporteret før.

Korgels team syntetiserede Si nanokrystaller ved termisk nedbrydning af hydrogensilsesquioxan (HSQ), efterfulgt af ætsning med HF, reaktion med 1-dodecen, og størrelseselektiv udfældning af de opnåede nanopartikler. Kvantepunkterne blev derefter dispergeret i chloroform og til sidst faldt støbning. To kendte teknikker-kaldet transmissionselektronmikroskopi (TEM) og græsningsindfald i lille vinkel røntgenstråling (GISAXS)-blev anvendt til at studere rækkefølgen af ​​nanokrystaller. "Fordi rækkefølgen i disse arrangementer kan påvirke nanomaterialernes egenskaber, silicium quantum dot superlattices giver en ny legeplads til forståelse og manipulation af siliciums egenskaber på nye og unikke måder ", Siger Korgel.